Rezonans Nedir? Etkileri Nelerdir?

Sayfayı Yazdır

Rezonans mühendislikte teknik olarak; “genliğin sonsuza gitmesi” şeklinde açıklanır. Periyodik bir etkinin altında olan sistemde salınımlar olduğunu biliriz. Salınımlar esnasında sistemin normal durumuna göre yaptığı yer değiştirme miktarına genlik denir. Bu salınımlar eğer sistemin doğal frekansına eşit olursa, sistemin genliği sonsuza dek artma eğilimi gösterir; bu olaya rezonans denir.

Salınıma neden olabilecek etkiler çok çeşitli olabilir. Örnek vermek gerekirse; kesintili rüzgar etkisi altındaki bir köprü, deprem dalgaları nedeniyle oluşan salınım etkisi altındaki bir bina veya alternatif gerilim etkisi altındaki elektriksel bir sistem rezonansa uğrayabilir. Doğrusal sistemlerin rezonansa girebilmesi için, salınım genliğinin, uygulanan kuvvetle doğru orantılı olması gerekir. Eğer uygulanan kuvvetin frekansı sistemin doğal frekansına eşitse rezonans gerçekleşir. Kesintili rüzgar etkisi altındaki bir köprüyü ele alacak olursak, rüzgarın ani ve değişken esmesinin neden olduğu titreşim ve salınımlar sonucunda köprünün doğal frekansı ile köprünün maruz kaldığı periyodik rüzgar frekansı birbirine eşitlenebilir. Bunun neticesinde salınım genliği sonsuza gitmeye başlayacağından köprü rezonansa uğrayarak bir süre sonra yıkılacaktır. Bunun gerçek bir örneği 1940 yılında Washington’da yapılmış olan Tacoma köprüsünde yaşanmıştır. Bu köprü rüzgar etkisiyle rezonansa girerek yıkılmıştır.

Bu olayın gerçekleşme anını aşağıdaki videodan izleyebilirsiniz:

ZD YouTube FLV Player

Depremlerde binaların yıkılmasına neden olan da rezonans olayıdır. Salınımlar binanın doğal frekansına eşit olduğunda, bina artan genliğe ve bunun neden olduğu gerilime dayanamayarak yıkılır. Rezonansa uğrayan bir nesnenin zarar görmemesi mümkün değildir. Fakat nesnenin rezonansa girmesi alınacak önlemlerle engellenebilir. Bu önlem yapının salınımlarıyla titreşimi sönümleyebilmesidir. Günümüzde inşa edilen mimari yapılarda, 9 şiddetine varan oranlarda depreme dayanıklı esneklik toleransı uygulanabiliyor. Bu sayede binalar 9 şiddetine kadar depremin neden olduğu salınımları sönümleyerek, yapının doğal frekansıyla titreşim frekansının eşitlenmesi engelleniyor. Özellikle Japonya’da binalar 9 şiddetine dayanıklı inşa edilir çünkü bu bölgede çok büyük ve aktif fay hatları yer aldığından sık sık depremler yaşanır.

Depremde sadece binalar değil, zemin de rezonansa girebilir. Örneğin, ıslak toprak bir zeminde, depremin yol açtığı periyodik kuvvetler altında kum tanecikleri birbirleri üzerinden kayarak ara boşluklara yerleşebilir. Bu durumda zemin ara boşlukları daha az olan bir kum yığınına dönüşür ve boşlukları dolduran suyun bir kısmı yukarı çıkıp kum yığınının üzerini kaplar. Eğer böyle bir zemine oturmuş binalar varsa, öne-arkaya yatabilir veya bütünüyle kayabilirler. Bazı durumlarda bina depreme dayanıklı olsa dahi, zeminin rezonansa uğrayıp kayması sonucu yıkılabilirler.